高循环配水系统中控制结垢的水处理方法.doc

首选实施方案的详解本发明提供了一种在硬水中控制结垢的水处理方法，其能够被用于锅炉或其它加热设备，管道等商业、工业和民用，特别用于饮用水处理，尤其是具有内部混合功能的食品销售机和配水机器内表面，锅炉或随选的加热元件或类似的结构。令人惊讶地发现是配合使用金属颗粒如锌和铜与聚磷酸盐可以明显地减少循环食品或饮料配水系统的垢沉积，与现有的单独使用金属颗粒或聚磷酸盐的阻垢方法比较具有协同效应。金属颗粒最好从由下列金属组成的基团中选择：锌、铜、铁、镁、锰、锡、它们的混合物或合金。这种金属或金属的联合使用不受限制。该金属颗粒由至少两种不同的金属组成，如一种是锌和另一种具有较高电极电势的金属，如最好是铜。多对金属可以以重量百分比为95：55：95的较大复配范围使用。锌和铜混合物或合金为首选，原因是它们在结垢控制方面比其它金属或金属的配合使用更有效，并且适用于使用饮用水的设备。锌和铜合金如黄铜是首选，因为它们具有相似的结构，与纯金属或混合物相比能够更好的控制垢。当两种金属被使用时，首选的比例范围为75：2525：75，最好是45：5555：45(以重量百分比计)o本方法可以使金属离子以受控方式被释放。金属离子的释放通常为0150mgL。在一种选择的溶液中，金属颗粒由可以在水中释放0220mgL的锌离子有效量的锌组成，较好的为058mgL，最好为15mgL的锌离子。金属离子的释放主要决定于金属颗粒的总量、水透过媒介时与水的接触面、水的流速以及系统希望的循环数。因此，有经验的技工能够根据经验确定金属颗粒适合的剂量，确保金属离子的控制量连续在最佳范围内释放。同上，磷酸盐的可控释放量主要决定于磷酸盐颗粒的量和大小、水透过媒介时与水的接触面、水的流速以及系统希望的循环数。因此，有经验的技工能够根据经验确定磷酸盐适合的剂量，确保磷酸盐离子的控制量连续地在最佳范围内释放。水中释放的磷酸盐的首选浓度为110mgL，最佳浓度为24mgL。主要用于本方法的磷酸盐包括钠、钾、铵、锂、镁或钙的聚合磷酸盐、聚偏磷酸盐、焦磷酸盐或磷酸盐及它们的酸或混合物。例如聚合磷酸盐可以从任何一种如焦磷酸、三偏磷酸盐、四聚磷酸、六偏磷酸、有机磷酸、各种聚合程度的聚合磷酸或它们的盐或它们的混合物中选择。首选的聚磷酸盐是各种聚合程度(613)的偏磷酸盐。最佳的是六偏磷酸钠和六偏磷酸钙。金属颗粒和聚磷酸盐的配合使用可通过混合各种成分或使每种成分形成层来完成。在第一种实施方案中，金属颗粒和聚磷酸盐复配形成水能够透过的床。金属颗粒和聚磷酸盐混合后形成一种能够嵌入滤筒的混合物或组成物。滤筒提供足量的成分，适应水的流速，在水中释放控制浓度，各组分以任何平行、交错次序或顺序结合。另一方面，金属颗粒和聚磷酸盐可以被置于分离的滤筒内。金属颗粒与聚合磷酸盐的比为95：55：95(以重量百分比计)，较好的为55：11：1，最好为3：12：1。本发明还提供了一种含有聚磷酸盐和金属颗粒合成物的设备用于处理冷、室温或微热水。希望得到热水时，水随后在加热器中加热。该水处理方法确保没有垢永久的沉积在加热器的内表面或任何加热水通过的表面，如管道、管口等。本方法确保配水循环为10000以及高到45000的循环或更高时不发生明显的结垢。现有的传统方法如单独使用金属或单独使用聚磷酸盐现时最大循环数低于5000。循环数的增加源于金属和聚磷酸盐配合使用的结果。图1说明饮料配水器的所有结构。配水器包括一个供水部分A，可以在加热前将水输送到至少一个水处理复合滤筒B。被处理水在进入一个加热器E(为了制备一种所选的饮料，其能够将水温提高到一个理想值)之前可以穿过一个 流量计 C和一个泵D。加热后的水以F形式被排放到配水器的各个不同的部分，在分配器中谁与饮料混合生产饮料。流量计C、泵D和加热器E可以利用处理器或微处理器G控制，当按设计使用时，其通过打开一个激活开关H为配水器提供电压。图2说明本发明的模范方式。本发明在如一个 容器 的滤筒1中被物化，该容器包括一个人口15和一个出口l6以及不渗透性的侧壁17。该滤筒拥有一个金属颗粒和聚磷酸盐晶体的床。出口和人口位于滤筒的端部使水流过管线18并与合成的介质接触。这种水从滤筒流出后流人加热器19。另一种可能性是使用两种滤筒，如图3说明。具有聚磷酸盐的1a和具有金属颗粒的1b串联(如图)或并联(图中未显示)。颗粒物质组成物提供了有利于流量的渗透性。颗粒介质的大小可，可以显著变化，一般为2010 O00gm。首选的颗粒尺寸为1003000gm。颗粒范围最好在500 1000pm，可以使水的流速保持在2 50mls。处理容器形状和大小均可根据利于应用的原则改变，如配水机的大小、水的流速等。举例说明，容器或滤筒可以是内径为1 5cm、内部长度为320cm的圆柱体，能够容纳20350g的处理介质。在一个首选的实施方案中，至少有金属颗被固定在复合滤筒装置内防止微粒挤压，使水穿过微粒。较好的是将金属颗粒与聚磷酸盐同时固定在复合滤简装置内。在一个理想的设计中，该滤筒装置包括许多沿水流方向纵向排列的层；这些层中至少有一层金属颗粒层，或金属颗粒和聚磷酸盐层，位于惰性多孑L材料支撑层之间。最好是两层或多层金属颗粒层或金属颗粒与聚磷酸盐层夹在惰性多孑L材料支撑层之间。进而，复合滤筒装置被安装促使水流穿过处理介质，该装置利用湍流装置，包括将水不容材料置于多孑L支撑层附近，使水流沿切线方向穿过其方法可提高颗粒层中水的湍流度。该湍流装置可形成于位于接近支撑层外侧的网状物。该网状物的结构能够使水流切向横穿过多孑L支撑层和颗粒层，而防止或至少是使纵向穿过更困难。结果，除那些可以提高与介质接触的纵向水路外，均产生横向水流。当颗粒被固定时，颗粒的平均直径最好限制在0O15mm，更好的为0107ram。固定金属颗粒或金属颗粒和聚磷酸盐合成物的优点是很多的。由于小颗粒是以点束缚在聚合网状物上，因此在水处理期间它们不会移动，减少了压实效应，有效地防止了水的阻塞。由于介质可以以不变的效率工作，直到介质几乎物理性消失为止，因此，可以使用少量的处理介质。图4介绍了在滤筒或水处理容器中固定颗粒物质的优选方案。该滤筒可以是一种中空圆柱体1，滤同中心有一个柱心10，金属颗粒和聚磷酸盐l1，12的圆柱层通过一对圆柱形多孔纸130，l3l，140，l41支撑层固定纸可以由薄的多孑L聚合材料层取代。选择支撑层的多空性是为了维持颗粒层在适合的位置防止微粒从层中穿过。支撑层周围是增加湍流装置，如网状物210，21 1，212，它们由聚合材料组成，如聚乙烯、聚丙烯或任何其它的适合的食品级惰性塑料。每个支撑层的外表面最好有一部分网状物包围。例如，网状物可以位于接近支撑层的位置，铺开形成圆柱形状，而后置于圆柱形滤筒中。这种网状物可以促使水流横向或切线方向流动，阻止纵向流动。网状物因此可以维持水的湍流。网状物空的大小范围在0110mm之间，比较好的在1 5mm，最好为2 3mm。其它适合的材料也可取代网状物结构提供相似单向流动作用，如蜂巢等。实例下列实例说明了本发明首选的实施方案。实例I单独使用锌和铜处理水的饮料配水器的性能为了解决在水加热期间设备因结垢而产生的问题选择使用金属颗粒进行水处理。颗粒材料为KDF一55R粉沫，KDF一55R是KDF流体处理(USA)销售的由纯的、无铅黄铜制成的粒状介质的商标名。由50铜和50锌组成的水处理滤筒在测试中使用。该滤筒设计为使用自来水压力，流速至少为1galmin。包括一个处理滤筒的模型饮料配水器如示意图1。永久水硬度为Ca=250mgL，以碳酸钙计，pH=76。如图5所示，模型配水器的性能被增加了4倍，例如，在有和没有金属颗粒水处理滤筒中循环数(直到每杯水输送量减少10为止)分别为800和3300。主要的垢累积发生在热水传输螺线管阀内。实例2单独使用聚磷酸盐处理水的饮料配水器的性能本测试使用市售的聚磷酸盐滤筒。该滤筒设计为使用自来水压力流速最小值至少为l galmin。使用与实例1相同的配水器和处理滤筒。永久水硬度为Ca=250mgL，以碳酸钙计，pH 76。如图3所示，模型配水器的性能被增加了4倍。实例3使用金属颗粒和聚磷酸盐处理水的饮料配水器的性能根据使用金属颗粒(锌和铜)与聚合磷酸盐合成物的性能，评估了与上文相同的模型配水器。原水穿过一套滤筒，首先穿过一个市售的圆柱形磷酸盐设备，进入给水管线中，而后，穿过一个如实例1参考类型的金属颗粒滤筒。循环数约为1000时收集水样用于无机物的分析。结果显示释放到水中的锌离子(约为10mgL)，和铜离子的含量(约为005mgL)在优选范围内。使用聚磷酸盐和金属颗粒复配